无线流媒体监控技术探讨

　　无线流媒体监控技术探讨
　　随着经济的高速发展，社会治安形势日趋复杂，各类突发事件、刑事案件、治安案件和灾害事故时有发生，大型集会和重要保卫任务十分繁重。2005年9月中国公安部正式启动城市联网报警与监控系统建设(3111工程)，在全国范围内省、市、县三级开展报警与监控系统建设，推动“平安城市”建设步伐。目前各主要城市如北京、广州、深圳、杭州已开始加快建设城市视频监控系统。上海市公安局加强对巡逻警车及警员的无线通信装备配置，依托有/无线通信、图像通信、GPS巡逻、运钞车自动定位、GIS地理信息、计算机辅助决策系统和计算机网络平台，进一步提升指挥中心的应急反应、社会联动、指挥调度和辅助决策能力。
　　1、无线流媒体监控技术概述
　　无线流媒体网络多媒体监控管理平台集无线通信、流媒体、视频处理、计算机网络和自动化技术于一身，是视频、音频、数据和图示一体化的解决方案。兼备网络视频监控、视频会议、视频直播等功能，具有超大规模组网能力，为无线监控系统在公安行业的应用提供了技术保障，为各种突发事件和应急事件提供良好准备，使车载监控、公共交通工具(公共汽车、地铁、长途汽车等)监控等难度较大的监控成为可能。无线网络、流媒体业务主要面向GPRS/EDGE、CDMA、3G等提供较高带宽(100kbit/s以上)的无线分组网络。3G网络空中接口带宽的增加为流媒体业务的开展提供良好基础，结合无线系统不受时间、地点限制的特点，使移动流媒体业务更具吸引力。视频编码器和自适应高性能流媒体服务器设备使得图像清晰度达到FullD1(DVD)效果，实时性好，方便使用，可直接通过Web方式进行远程监控和远程管理，为用户提供灵活的监控画面选择、电子地图使用，充分利用防火墙/VPN、加密、权限管理、安全认证，实时时钟等技术，保证监控系统和录像资料不被越权使用和破坏。
　　在城市安防联网系统中，由于前端设备及主干网络带宽的限制，海量用户并发访问视频资源时极易产生网络拥塞。在大规模联网监控系统中采用流媒体分发技术，依靠分布式流媒体服务器集群可实现音/视频流的分层转发，从根本上避免大规模并发流量产生的网络瓶颈;单台流媒体服务器的带宽在100M1000M左右，可以满足千路用户的点播请求(以每路384kbps计算)。这样前端设备只需发送一份数据到流媒体服务器上，再由流媒体服务器进行缓冲转发，客户端则统一连接到流媒体服务器获取视频数据，真正实现多路用户的并发访问，节省了前端设备宝贵的带宽。虽然流媒体服务器是分布式管理的，但对所有用户的授权是集中式管理的，从而保证了服务的连续性和业务数据的安全性。
　　2、无线流媒体监控系统的相关技术
　　CDMA无线流媒体监控系统是集流媒体编解码、嵌入式及CDMA1X网络通信技术等高新技术的整合产品，融合了传统监控、无线网络、动态跟踪、手机点播等技术，为各种复杂环境、重要区域或远程地点的日常、应急监视和控制提供卓越的监控应用。
　　2.1流媒体编解码技术
　　随着数字视频编解码技术、嵌入式视频服务器及网络技术的发展，网络视频监控系统正迅速从传统的基于有线电视技术的模拟视频监控系统向基于IP技术的数字视频监控系统方向发展，数字监控已在某些领域取代原有的模拟监控。基于IP技术的数字视频监控系统采用数字编码压缩技术(MPEG4、H.264或M-jpg2000)、数字视频压缩技术将模拟视频信号、数据信号或语音进行编码，压缩并打成IP包，通过有线或者无线IP网络把视频信息以数字化形式进行传输。只要是网络可到达地方就一定可实现视频监控和记录，用户可在安装有专用解压缩软件的计算机、掌上电脑(PDA)、手机或电视墙、大屏幕上观看浏览，控制远程实时视频图像，并结合实时录像报警联动、数据传输、语音对讲等，这种监控可与很多其它系统进行完美的结合。
　　压缩技术就是将数据中冗余信息去掉(去除数据之间相关性)，压缩技术包含帧内图像数据压缩技术、帧间图像数据压缩技术和熵编码压缩技术。MPEG-4系统设计过于复杂，使MPEG-4难以完全实现并兼容，加上高昂的专利费，很难在视频会议、可视电话等领域实现。用H.264(MPEG-4/part10)视频压缩标准，压缩比极高、图像质量好、信道适应性更好、码流更低。H.264的设计简洁，使它比MPEG-4更容易推广，更容易在视频会议、视频电话中实现，更容易实现互连互通，可简便地和G.729等低比特率语音压缩组成一个完整的系统。
　　2.2嵌入式视频Web服务器技术
　　嵌入式视频服务器的网络化数字视频监控为业界公认最稳定、最有效的系统，由嵌入式处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统及特定应用程序等组成，是集软硬件于一体的独立工作“器件”。嵌入式操作系统是实时的，是一种支持嵌入式系统应用的操作软件，它是嵌入式网络计算机视频室极为重要的组成部分，包括与硬件相关的底层驱动软件、系统内核、设备驱动接口、通信协议、图形界面、标准化浏览器等，具有通用操作系统的基本特点。
　　嵌入式视频Web服务器原理：用嵌入式实时多任务操作系统。摄像机送来的视频信号数字化后由高效压缩芯片压缩，通过内部总线送到内置Web服务器，用户可直接用浏览器观看Web服务器上摄像机图像，授权用户可控制摄像机、云台、镜头的动作或对系统配置。由于把视频压缩和Web功能集中到一个体积很小的设备内，省掉复杂电缆，安装又方便(一个IP地址)，用户无需安装任何硬件设备，仅用浏览器即可观看。
　　嵌入式系统应具有的特点是：a)高可靠性。在恶劣的环境或突然断电的情况下，要求系统仍然能够正常工作;许多嵌入式应用要求实时处理能力，这就要求嵌入式操作系统具有实时处理能力;嵌入式系统中的软件代码要求高质量、高可靠性，一般都固化在只读存储器中或闪存中，也就是说软件要求固态化存储，而不是存储在磁盘等载体中。b)体积小。不具备像硬盘那样大容量存储介质，大多用闪存作存储介质，结构紧凑，体积微小。
　　2.3CDMA1X无线网络通信技术
　　CDMA1X是联通在优化CDMA网络中推出的第2.75代数据传输通信技术，CDMA1X在传递速率、功能方面较GPRS具有优势，可取代过去传统有线MODEM、X.25、数传电台、短信等方式。为确保视频压缩文件稳定传输需有足够的网络带宽，不同视频压缩文件对网络带宽要求不同，为达到更好视频质量，网络带宽就更重要。CDMA1X理论速率153.6kbps，实际速率80kbps，超过有线电话拨号上网的56kbps，是平均30kbps40kbps的GPRS数据传输的2-3倍，用MPEG-4格式可稳定可靠地传输数字视频流。
　　3、无线流媒体监控系统组网特点
　　1)无线流媒体监控具有传输速率高、实时性强、传输距离远、低时延(对视频应用非常关键)和设备成本低的特点。可提供高效和经济的视频传输解决方案。宽带无线接入设备提供11Mbps/54Mbps的高网络带宽，可将不同地点现场视频信息通过无线通信手段实时传送到监控中心，支持采用H.263/MPEG-1/2/4等格式的数字视频流稳定可靠地持续传输，最远传输距离可以达到50km以上，并且不受山川、河流、桥梁、道路等复杂地形限制。
　　2)组网灵活，可扩展性好。由于没有线缆限制，扩充性强，可灵活方便地进行安装布署;维护费用低，一次性投资无运营费用，工程建设周期短;保护用户已有投资，即使用户需搬迁办公地点，只需把无线设备搬迁至新地点安装即可。
　　3)系统功能强大、灵活，全数字化录像便于保存和检索。根据监控中心存储空间大小。图像采集尺寸、质量和频率，可记录长达几小时到几个月的录像数据，实现网络化异地存储。用户可对记录下来的录像数据进行播放、定位及快放、慢放等。
　　4)高可靠性，保证不间断视频监控。抗射频干扰性能强，接收灵敏度理想，宽范围天线能提供强大、可靠的无线传输;安全性较高，无线网络有ESSID、MAC地址过滤及Web加密等安全措施与视频系统管理结合多重加密手段，安全性等同于有线。
　　5)地域的远程实时监控。遵循全球统一的技术标准和通信协议TCP/IP，因特网传输多媒体信息，视频传输依赖的通信网络包括LAN/WAN、ISDN、DDN、ATM、PSTN等。
　　6)移动性。无线局域网设置允许用户在任何时间、任何地点访问网络数据，不需要指定明确的访问地点，因此用户可在网络中漫游。
　　4、无线流媒体监控系统组成
　　1)视频图像采集点
　　在公安警车安装监控摄像机(彩色或黑白、固定或活动云台、定焦或变焦)、CDMA视频数据处理终端(视频编解码器)和软件系统。监控摄像机采集突发事件视频信号，云台由控制中心计算机控制，可对摄像机进行水平360°、垂直90°及变焦控制。视频编解码器负责把摄像机的模拟视频信号转变成数字信号，同时进行压缩，另外也传输控制信号，视频编解码器内置10/100M网卡，通过网线连接到无线设备上，编码压缩处理后的监控信息通过无线网络汇集到监控管理中心，监控中心能看到现场实时图像信息，监控人员通过监控中心局域网或Internet远程实时浏览视频图像，遥控云台。为充分保证每个监控点带宽，用MPEG4编码标准，带宽占用较低，并可实现图像优质传输和存储，且传输距离较远。
　　2)CDMA无线网络
　　通过CDMA1XIP路由器用点对多点方式覆盖城市无线宽带网络，在点安装CDMA1XIP路由器(以太网接口)。具有传输距离远、低时延(对视频应用非常关键)和设备成本低特点，提供高效和经济的视频传输方案。
　　3)控制中心
　　由视频编解码器、电视墙、监控服务器、硬盘录像机、监控PC/PDA/CDMA手机等组成，可完成现场图像接收与显示、录像的存储、检索、回放、备份、恢复等。用H.264编解码技术和针对CDMA1X等无线信道的动态自适应传输算法和准可靠传输纠错技术、自适应门限非线性滤波降噪技术和基于运动目标分析的边缘锯齿抑制算法，使CDMA1X视频服务器平均延时小于3s，最高支持D1分辨率，多通道CIF帧率最高可达25帧/秒(PAL制);视频编解码器对经CDMA1X无线网络传送来的前端监控点摄像机采集的视频信号进行编解码处理，传到监控中心视频监控服务器上，再经交换机通过内部局域网传至各个相关部门或人员的客户端。用户可通过监控中心云台控制设备控制现场任意点的云台，镜头的光圈、焦距、变倍，云台的上、下、左、右，自动控制远端电源、摄像机开关等。现场传回视频图像转化为数字信号存储在硬盘录像机，可快捷实现资料存储、更新、查询、备份等为执法提供依据。
　　5、无线流媒体监控系统应用范围
　　CDMA无线流媒体监控系统具有独特的移动性、易操作性，可在很多行业里应用。
　　1)运动物体内视频监控
　　车载视频监控系统适用于公安警车、金融运钞车、消防车、货运车、长途客车、城管监察车、应急抢险车等，在重要车辆(运钞车，油罐车，物资车等)安装监控装置，可了解运输途中上下车人员和货物在车内搬运情况，防止被盗抢，及时了解现场情况做出应急处理。巡逻人员无需架传输线路，摄像装置即可将现场图像拍摄并传送到单位进行反馈。
　　2)有线网络无法到达的地方
　　如公安侦查临时布防、环境监测、部队野战训练、森林防火、石油开采、石油输油管线、物流、运输船、长途车、火车、防洪抢险、电力高压线路、高速公路、施工现场视频监控管理等，如架设在高速公路上监控超高、超速车辆，架设在输油管线上监控偷漏油事件，架设在堤坝上观测水流和高度，架设在煤矿了解开工状况和煤矿安全生产，架设在旅游景点危险地段了解事故现场等。
　　3)人员无法接近的场所
　　易燃易爆场所、烈性疾病传染区、生化武器危险区等。
　　4)民用需求
　　本系统支持手机观看(视频和音频)，可提供重要路段车流量信息、手机电视、家庭、监控、幼儿园和医院看护、演唱会和赛事转播等服务。
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